Los materiales inspirados en el origami podrían suavizar el golpe para naves espaciales reutilizables

El aterrizaje es estresante en las piernas de un cohete porque deben manejar la fuerza del impacto con la plataforma de aterrizaje. Una forma de combatir esto es construir patas con materiales que absorban algo de la fuerza y ​​suavicen el golpe.

Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una solución novedosa para ayudar a reducir las fuerzas de impacto, para aplicaciones potenciales en naves espaciales, automóviles y más. Inspirado por el arte del plegado en papel del origami, el equipo creó un modelo en papel de un metamaterial que utiliza "pliegues plegables" para suavizar las fuerzas de impacto y, en cambio, promover fuerzas que relajan las tensiones en la cadena. El equipo publicó sus resultados el 24 de mayo en. Avances científicos.

"Si estuvieras usando un casco de fútbol hecho de este material y algo golpeara el casco, nunca sentirías ese golpe en tu cabeza. Cuando la energía llega a ti, ya no está empujando. Está tirando", dijo el autor correspondiente, Jinkyu. Yang, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Washington.

Yang y su equipo diseñaron este nuevo metamaterial para tener las propiedades que querían.

"Los metamateriales son como Legos. Puedes hacer todo tipo de estructuras repitiendo un solo tipo de bloque de construcción, o célula unitaria como lo llamamos", dijo. "Dependiendo de cómo diseñe su celda unitaria, puede crear un material con propiedades mecánicas únicas que no tienen precedentes en la naturaleza".

Los investigadores recurrieron al arte del origami para crear esta célula unitaria en particular.

"El origami es excelente para realizar la unidad celular", dijo el coautor Yasuhiro Miyazawa, un estudiante de doctorado en aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Washington. "Al cambiar el lugar donde introducimos los pliegues en materiales planos, podemos diseñar materiales que exhiben diferentes grados de rigidez cuando se pliegan y despliegan. Aquí hemos creado una celda unitaria que suaviza la fuerza que se siente cuando alguien la empuja, y acentúa la tensión que sigue a medida que la célula vuelve a su forma normal ".

Al igual que el origami, estos prototipos de células unitarias están hechos de papel. Los investigadores utilizaron un cortador láser para cortar líneas de puntos en papel para designar dónde doblar. El equipo dobló el papel a lo largo de las líneas para formar una estructura cilíndrica y luego pegó tapas de acrílico en cada extremo para conectar las células en una cadena larga.

Los investigadores alinearon 20 células y conectaron un extremo a un dispositivo que impulsó y desencadenó una reacción en toda la cadena. Usando seis cámaras GoPro, el equipo rastreó la onda de compresión inicial y la siguiente onda de tensión cuando las células de la unidad volvieron a la normalidad.

La cadena compuesta por las células de origami mostró el movimiento de onda contraintuitivo: aunque la fuerza de empuje compresiva del dispositivo inició toda la reacción, esa fuerza nunca llegó al otro extremo de la cadena. En su lugar, fue reemplazado por la fuerza de tensión que comenzó cuando las células de la primera unidad volvieron a la normalidad y se propagaron cada vez más rápido en la cadena. Así que las celdas unitarias en el extremo de la cadena solo sintieron la fuerza de tensión tirando de ellas.

"El impacto es un problema que nos encontramos a diario, y nuestro sistema ofrece un enfoque completamente nuevo para reducir sus efectos. Por ejemplo, nos gustaría usarlo para ayudar a las personas y los automóviles a mejorar su desempeño en accidentes automovilísticos", dijo Yang. . "En este momento está hecho de papel, pero planeamos hacerlo de un material compuesto. Lo ideal es que podamos optimizar el material para cada aplicación específica".

Otros coautores son Hiromi Yasuda, un posdoctorado en la Universidad de Pennsylvania que completó esta investigación como estudiante de doctorado en aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Washington; Efstathios Charalampidis y Panayotis Kevrekidis en la Universidad de Massachusetts; y Christopher Chong en Bowdoin College. Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencia, la Oficina de Investigación Naval y la Fundación de Investigación de Washington.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Washington. Original escrito por Sarah McQuate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.